3. Розрахунок силового трансформатора
Вихідними даними для розрахунку силового трансформатора є дані, отримані в результаті розрахунку випрямляча:
- напруга на вторинній обмотці трансформатора U2(В);
- діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора I2(А);
а також:
- напруга живильної мережі із припустимими відхиленнями, у нашому випадку 220 +5 - 10%(В);
- частота живильної мережі, 50 Гц;
- максимальна температура навколишнього середовища, 50ос.
3.1.Визначаємо сумарну потужність вторинних обмоток трансформатора:
Р2Σ =U2I2(ВА) [38]
3.2.Визначаємо потужність первинної обмотки трансформатора:
Р1 = Р2Σ (ВА) [39]
3.3.Визначаємо номінальну потужність трансформатора:
Рном = Р2 + Р1 (ВА) [40]
3.4.Визначаємо добуток:
SстSок = 45Рном/fВмjkстkок (см4) [41]
де Scт - площа перетину магнітопроводу, см2;
Sок - площа вікна магнітопроводу, см2;
f - частота живильної мережі, Гц;
Вм - амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі, Т. Вибирається за графіком рисунок 3.1. (Приклад: Вм = 1,55 Т).
j - щільність струму в обмотках, А/мм2. Вибирається за графіком рисунок 3.2. (Приклад: j = 3,4 А/мм2).
kст - коефіцієнт заповнення перетину стрижня магнітопроводу. (Приклад: для кручених магнітопроводів зі стрічки товщиною 0,35мм із ізоляцією фосфатною плівкою kcт = 0,94).
Kок - коефіцієнт заповнення вікна магнітопроводу обмотками. Визначається за графіком рисунок 3.3.(Приклад: Кок = 0,35).
3.5.По довідковій таблиці 3.1 вибирається магнітопровід. Для обраного магнітопроводу повинна виконуватися умова:
yy1bh > ScтSок [42]
де b - ширина вікна, h - висота вікна магнітопроводу, y й y1 - розміри перетину стрижня магнітопроводу, мм.
(Приклад: вибираємо магнітопровід типу ШЛ25х25 з розмірами: b = 2,5 см, h = 6,25см, y = 2,5див, y1 =2,5см. yy1bh = 2,5х2,5х2,5х6,25 = 97,6см2)
3.6.Визначаємо ЕДС, що наводить в одному витку:
е = 4,44ВмfSст10-4 (В) [43]
3.7.По мал.3.4 знаходимо очікуване спадання напруги в обмотках трансформатора (Приклад: ∆U = 5,6%)
3.8.Знаходимо попереднє число витків обмоток:
w1 = U1(1 - ∆U)/е; [44]
w2 = U2(1 + ∆U)/е. [45]
Вторинна обмотка може складатися із двох половин.
3.9.Визначаємо індукцію в сердечнику при роботі трансформатора на хо лостому ходу:
В0м = Вм(1 + ∆U) (Т) [46]
3.10.За графіком рисунок 3.5 визначаємо питомі втрати в сталі
магнітопроводу: Рст уд і Р0ст уд при Вм й В0м, Вт/кг.
3.11.Визначаємо втрати в сталі під навантаженням і на холостому ходу:
Рст = Рст удGст(Вт);[47]
де Gcт - вага магнітопроводу, кг. (Приклад: Gст = 0,9 Кг.Рст = 4,2х0,9 = 3,78 Вт
Р0ст = 4,8х0,9 = 4,32 Вт)
3.12.Визначаємо попереднє значення втрат у міді обмоток:
Рм = Рном ∆U (Вт) [48]
3.13.Визначаємо складову струму первинної обмотки, що залежить від струмів вторинних обмоток:
I1а/ = Р2/U1(А) [49]
3.14.Визначаємо складову струму первинної обмотки, що залежить від втрат у трансформаторі:
I1а// = (Рст + Рм)/U1 (А) [50]
3.15.Визначаємо повну активну складову струму первинної обмотки:
I1а = I1а/ + I1а// (А) [51]
3.16.За графіком рисунок 3.6 визначаємо напруженість магнітного поля H і Н0 (Аw), необхідну для створення в сердечнику індукції Вм й В0м. (Приклад: Н = 3,6Аw, Н0 = 5,7 Аw).
3.17.Визначаємо реактивну складову струму первинної обмотки при роботі під навантаженням і на холостому ходу:
Iр = Н Lср /w1(А);[52]
де Lср - середня довжина шляху магнітної лінії, [см].
Iр0 = Н0Lср /w1(А);[53]
(Приклад: Lср = 21,3 см. Iр = 3,6х21,3/994 = 0,077(А) Iр0 = 5,7х21,3/994 = 0,122А).
3.18.Визначаємо повний струм первинної обмотки:
I1
=
(А) [54]
3.19.Визначаємо активну складову струму холостого ходу:
Iа0 = Р 0ст/U1 (А) [55]
3.20.Визначаємо струм холостого ходу трансформатора:
I0
=
(А) [56]
3.21.Визначаємо діаметр дротів обмоток:
d1
= 1,13
(мм) [57]
По таблиці 3.2 вибираємо дріт. (Приклад: дріт ПЕВ-1 діаметром 0,44 мм, діаметр із ізоляцією 0,48мм, опір 1м дроту - 0,115 Ом, вага 100м дроту 0,138 кг).
d2
= 1,13
(мм) [58]
По таблиці 3.2 вибираємо дріт.
3.22.Визначаємо число витків у шарі обмоток:
wсл1 =[h - 2(δдо + 1)]/1,3dиз1 [59]
wсл2 =[h - 2(δдо + 1)]/1,3dиз2 [60]
де h - висота вікна магнітопроводу (мм);
δдо - товщина матеріалу каркаса, (Приклад: δдо = 2мм).
3.23.Визначаємо число шарів обмоток:
Nсл = w/wcл [61]
Отримані результати округляються до найближчого більшого цілого числа.
3.24.Визначаємо товщину обмоток:
δпро = Ncл(dиз + δз) (мм) [62]
де δз - товщина ізоляції між шарами, (Приклад: приймаємо рівним 0,05 мм).
3.25.Визначаємо сумарну товщину обмоток:
δΣ= δдо + Σ δобм +δпр (мм) [63]
де δдо - товщина прокладок між обмотками, (приклад: δдо приймаємо рівним 0,2мм).
3.26.Визначаємо середню довжину витків обмоток:
Lв1 = 2(y + y1 + 4δдо + 2δобм1) (мм) [64]
Lв2 = 2(y + y1 + 4δ до + 4δ обм1 + 2δ обм2) (мм) [65]
3.27.Визначаємо довжину проводів обмоток:
Lоб = lвw10-3 (м) [66]
3.28.Визначаємо опір обмоток при температурі 20ос:
rоб = rпр удLоб (Ом) [67]
3.29.Задаємося максимальною температурою обмоток 100ос; тоді перевищення температури ∆t складе 80ос. Обчислюємо опір обмоток при температурі 100ос:
rt про = rоб(1 + 0,004∆t) (Ом) [68]
3.30.Визначаємо спадання напруги на обмотках:
∆U = Iобrоб /U [68]
3.31.Визначаємо потужність, що розсіюється на обмотках
Рм1 = I1 ∆U1 U1(Вт) [69]
Рм2 = I2 ∆U2 U2(Вт) [70]
3.32.Сумарні втрати в міді:
Рм = Рм1 + Рм2(Вт) [71]
3.33.Визначаємо температуру нагрівання трансформатора:
Θ= (RtРм + RtмвРст)2/4RtРм (ос) [72]
де Rt - тепловий опір трансформатора град/Вт; Rt = 14 град/Вт;
Rtмв - тепловий опір границі магнітопровід - повітря град/Вт. Rtмв = 4 град/Вт.
3.34.Коефіцієнт корисної дії трансформатора:
η тр = Р1/(Р1 + Рм + Рст) [73]
3.35.Визначаємо вага міді обмоток:
Gм1 = g1lоб1/100 (кг); [74]
Gм2 = g2lоб2/100 (кг); [75]
Gм = Gм1 + Gм2 (кг) [76]
3.36.Вага трансформатора:
Gтр = Gм + Gст (кг).[72]